本發(fā)明屬于機(jī)電領(lǐng)域，確切的講是通過群掃描方式實(shí)現(xiàn)逐層對粉末材料的選擇性燒結(jié)(SLS)或固化(SLA)方法及用該方法所制造的3D成型機(jī)。

[技術(shù)背景]

快速成型工藝發(fā)展至今已近三十年，以立體光固化(SLA)(Stereo lithography Apparatus)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、熔融沉積(FDM)、分層實(shí)體制造(LOM)和3D打印(3D-P)為代表的成型方法發(fā)展日趨成熟，多種方法的工業(yè)應(yīng)用范圍在不斷地?cái)U(kuò)展，為越來越多的企業(yè)所接受和認(rèn)可。近些年來，快速成型的研究熱點(diǎn)主要為成型材料和工業(yè)應(yīng)用。

目前國際上從事SLS研究的機(jī)構(gòu)主要有DTM公司、EOS公司、北京隆源公司和華中科技大學(xué)。本技術(shù)涉及SLS選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，是采用激光有選擇地分層燒結(jié)固體粉末,并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加生成所需形狀的零件.其整個(gè)工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等.

整個(gè)工藝裝置由供料粉末缸和成型粉末缸組成,首先，將零件的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件，然后用分層軟件對其進(jìn)行分層處理，即“離散化”過程。在開始加工之前，先對成型室進(jìn)行預(yù)熱。工作時(shí)供料粉末缸活塞(送粉活塞)上升,由鋪粉輥將粉末在成型粉末缸活塞(工作活塞)上均勻鋪上一層,計(jì)算機(jī)根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面.粉末完成一層后,工作活塞下降一個(gè)層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉.控制激光束再掃描燒結(jié)新層.如此循環(huán)往復(fù),層層疊加,直到三維零件成型.最后,將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件.對于金屬粉末激光燒結(jié),在燒結(jié)之前,整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度,可減少成型中的熱變形,并利于層與層之間的結(jié)合.最后，經(jīng)打磨、烘干等后處理后，即可制作完成滿足需求的原型或零件。若成型材料為金屬粉末，還需要控制成型室氣氛，通人氮?dú)?、氫氣、氬氣等保護(hù)氣體，以避免金屬粉末在高溫下氧化。

從理論上講，SLS最突出的優(yōu)點(diǎn)在于它所使用的成型材料十分廣泛.從理論上說,任何加熱后能夠形成原子間粘結(jié)的粉末材料都可以作為SLS的成型材料.目前,從材料屬性上分類，可大致分為金屬粉末、塑料粉末和陶瓷粉末。具體可選用的材料包括聚苯乙烯粉、尼龍粉、聚碳酸酯粉、聚酰胺粉、蠟粉、金屬粉、覆裹尼龍的玻璃粉、覆脂砂、覆蠟陶瓷粉、覆蠟金屬粉等。由于SLS成型材料品種多、用料節(jié)省、成型件性能分布廣泛、適合多種用途以及SLS無需設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜的支撐系統(tǒng),所以SLS的應(yīng)用越來越廣泛.

SLA工藝與SLS類似；其工藝過程是以液態(tài)光敏樹脂為材料充滿液槽，由計(jì)算機(jī)控制激光束跟蹤層狀截面軌跡，并照射到液槽中的液體樹脂，而使這一層樹脂固化，之后升降臺(tái)下降一層高度，已成型的層面上又布滿一層樹脂，然后再進(jìn)行新一層的掃描，新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個(gè)零件制造完畢，得到1個(gè)三維實(shí)體模型。

但是大多數(shù)成型設(shè)備的激光組件的成本較高，因復(fù)雜的高頻振鏡系統(tǒng)很是昂貴，動(dòng)態(tài)光束的會(huì)聚成本頗高，所以采用昂貴而短壽的單一大功率激光器作為能量來源嚴(yán)重阻礙了快速成型技術(shù)的推廣。

[技術(shù)方案]

本發(fā)明的目的就在于克服目前的技術(shù)不足之處，基于選擇性激光燒結(jié)的鋪粉燒結(jié)原理，本文提出了一種能保證成型精度及速度的前提下，采用廉價(jià)而長壽命的半導(dǎo)體激光器件，從而極大的降低成型設(shè)備的制造費(fèi)用及使用成本，且還改善了成型速度。

激光群掃描法是本發(fā)明方法的核心:

用多個(gè)獨(dú)立的小功率激光器組成陣列，其聚焦的光點(diǎn)將構(gòu)成激光光點(diǎn)陣列(20)，形成眾多微掃描區(qū)域(22)；掃描線(21)將同步生成。當(dāng)激光光點(diǎn)的移動(dòng)范圍(振幅)，分別等于行及列方向的光點(diǎn)間距時(shí)，且當(dāng)行的掃描頻率遠(yuǎn)大于列的掃描頻率情況下，此乃逐行掃描狀態(tài)(等效于CRT電視的行場掃描：行的掃描頻率較高，楨的掃描頻率較低)，光電會(huì)覆蓋所有區(qū)域。

由于群掃描方式；如果激光陣列為：MxN，將會(huì)使得2個(gè)方向的掃描頻率減少M(fèi)及N倍，振幅也減小M及N倍，驅(qū)動(dòng)的機(jī)械難度大大的降低了，振鏡系統(tǒng)變得容易一些了，甚至可以直接使用機(jī)械位移驅(qū)動(dòng)來回避復(fù)雜的振鏡系統(tǒng)及聚焦匯聚系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定簡單，而且由于激光器的數(shù)量為MXN個(gè)，因而單個(gè)激光器的功率被允許下降MN倍；可以選取半導(dǎo)體激光器件，成本及壽命又進(jìn)一步降低，但要注意選取半導(dǎo)體激光器件的一致性的品質(zhì)，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:激光器件的更換也變得容易了；M,N的數(shù)值可以為2-200個(gè)或是更多；半導(dǎo)體器件成本低、壽命長性能穩(wěn)定體積小,驅(qū)動(dòng)便捷；因而低成本小型化的桌面級別的機(jī)器就成為現(xiàn)實(shí)。

掃描的機(jī)械實(shí)現(xiàn)可以通過，轉(zhuǎn)軸往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)方式(轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)式)、直線往復(fù)振動(dòng)方式(直線驅(qū)動(dòng)式)、振鏡反射方式(振鏡反射式)。無論是那種方式，由于振幅都很小，不會(huì)出現(xiàn)激光束聚焦平面過大的偏離液面或粉槽的粉平面情況。

群掃描法有2種：即多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描法和單區(qū)域群掃描法：

多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描法是將掃描區(qū)域分成多塊獨(dú)立區(qū)域，每一塊都在頻率較高的那一方向上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)的相位反向，可以抵消振動(dòng)與慣量，將會(huì)獲得良好的動(dòng)平衡。

單區(qū)域群掃描法：是一個(gè)統(tǒng)一區(qū)域的整體掃描方式，動(dòng)平衡可以由外部器件抵消，以減少振動(dòng)。

其3D成型整機(jī)的其他主要工作過程為：首先，將零件的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件，然后用分層軟件對其進(jìn)行分層處理，即“離散化”過程。在開始加工之前，先對成型室進(jìn)行預(yù)熱。計(jì)算機(jī)即驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面.粉末完成一層后,工作活塞下降一個(gè)層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉.控制激光束再掃描燒結(jié)新層.如此循環(huán)往復(fù),層層疊加,直到三維零件成型.最后,將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件.對于金屬粉末激光燒結(jié),在燒結(jié)之前,整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度,可減少成型中的熱變形,并利于層與層之間的結(jié)合.最后，經(jīng)打磨、烘干等后處理后，即可制作完成滿足需求的原型或零件。

若成型材料為金屬粉末，還需要控制成型室氣氛，通人氮?dú)?、氫氣、氬氣等保護(hù)氣體，以避免金屬粉末在高溫下氧化。

激光固化與燒結(jié)方式及其相近,只不過是將粉末料槽更換成液體料槽,浸在料槽里的升降臺(tái)逐層下降,留出一定厚度的液態(tài)薄層,由激光掃描來固化成型.

概括來講；群掃描激光選擇性燒結(jié)或固化方法:其基本構(gòu)成為激光器陣列,機(jī)械掃描驅(qū)動(dòng)裝置,物料槽,物料槽內(nèi)的升降裝置,電子處理部分組成；分為激光燒結(jié)方式或光固化方式；其激光燒結(jié)方式的工作原理為:先將零件的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件，然后用分層軟件對其進(jìn)行分層處理，即“離散化”過程。在開始加工之前，先對成型室進(jìn)行預(yù)熱。計(jì)算機(jī)即驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面.粉末完成一層后,工作活塞下降一個(gè)層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉.控制激光束再掃描燒結(jié)新層.如此循環(huán)往復(fù),層層疊加,直到三維零件成型.最后,將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件.對于金屬粉末激光燒結(jié),在燒結(jié)之前,整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度,可減少成型中的熱變形,并利于層與層之間的結(jié)合.最后，經(jīng)打磨、烘干等后處理后，即可制作完成滿足需求的原型或零件；而激光固化與激光燒結(jié)方式及其相近,只不過是將粉末料槽更換成液體料槽,浸在料槽里的升降臺(tái)逐層下降,留出一定厚度的液態(tài)薄層,由激光掃描來固化成型；無論是激光燒結(jié)方式或光固化方式,在掃描方式上都遵循群掃描法,該法的核心內(nèi)容詳述為:激光群掃描方法是使用多個(gè)獨(dú)立激光器的光點(diǎn)構(gòu)成激光光點(diǎn)陣列(20)，形成眾多微掃描區(qū)域(22)；掃描線(21)將同步生成。當(dāng)激光光點(diǎn)的移動(dòng)范圍(振幅)，分別等于行及列方向的光點(diǎn)間距時(shí)，且當(dāng)行的掃描頻率遠(yuǎn)大于列的掃描頻率情況下，此乃逐行掃描狀態(tài)(等效于CRT電視的行場掃描：行的掃描頻率較高，楨的掃描頻率較低)，光電會(huì)覆蓋所有區(qū)域；由于群掃描方式；如果激光陣列為：MxN，將會(huì)使得2個(gè)方向的掃描頻率減少M(fèi)及N倍，振幅也減小M及N倍，驅(qū)動(dòng)的機(jī)械難度大大的降低了，振鏡系統(tǒng)變得容易一些了，甚至可以直接使用機(jī)械位移驅(qū)動(dòng)來回避復(fù)雜的振鏡系統(tǒng)及聚焦匯聚系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定簡單，而且由于激光器的數(shù)量為MN個(gè)，M,N的數(shù)值可以為2-200個(gè)或是更多；因而單個(gè)激光器的功率被允許下降MN倍；可以選取半導(dǎo)體激光器件，成本及壽命又進(jìn)一步降低，但要注意選取半導(dǎo)體激光器件的一致性的品質(zhì)，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:激光器件的更換也變得容易了；而群掃描法有分為：多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描法和單區(qū)域群掃描法；多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描法是將掃描區(qū)域分成多塊獨(dú)立區(qū)域，每一塊都在頻率較高的那一方向上獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)的相位反向，可以抵消振動(dòng)與慣量，將會(huì)獲得良好的動(dòng)平衡；單區(qū)域群掃描法：是一個(gè)統(tǒng)一區(qū)域的整體掃描方式，動(dòng)平衡可以由外部器件抵消，以減少振動(dòng)；；其根本技術(shù)特征：使用多個(gè)并行工作的MxN個(gè)激光器件進(jìn)行機(jī)械掃描來完成燒結(jié)或固化工作，其掃描振幅等于或略大于激光器件排列方陣的點(diǎn)陣間距；其掃描區(qū)域分為多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描和單區(qū)域群掃描；機(jī)械掃描的驅(qū)動(dòng)可以是振鏡反射式、直線驅(qū)動(dòng)式、轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)式。

激光聚焦點(diǎn)陣列的位置偏移決定于幾個(gè)要素：鏡頭的加工及安裝誤差、激光陣列組件的加工及安裝誤差、激光器件本身的加工及安裝誤差等的累積結(jié)果，即使在最為精細(xì)的加工條件及工裝條件下，也不易使得激光焦點(diǎn)陣列的坐標(biāo)偏移離散度數(shù)值限制在30微米內(nèi)，必須對激光陣列進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，才能滿足只有2絲(20微米)精度偏差的機(jī)械系統(tǒng)，使得激光聚焦點(diǎn)位于準(zhǔn)確的方形點(diǎn)陣陣列中,X、Y方向上的相臨點(diǎn)之間的間距一致，誤差需要控制在在1-2絲之內(nèi)。

具體方法分為：絕對標(biāo)定(校正)法或相對標(biāo)定法:

所謂絕對標(biāo)定法是指:

依托機(jī)械系統(tǒng)的相對位置調(diào)整校正及鎖定如：各鏡頭的平移鎖緊、激光器件的平移鎖緊、相關(guān)光學(xué)支架的加工及安裝誤差等；上述3種調(diào)整量不用同時(shí)實(shí)施,只實(shí)施1個(gè)單項(xiàng)或同時(shí)實(shí)施2個(gè)項(xiàng)目既可以.絕對調(diào)整的難度在于機(jī)械加工的精度掌握及組件之間的精細(xì)配合,調(diào)整位移量的可控制性及調(diào)整后的鎖定等等.

所謂相對標(biāo)定法是指:

對組件的機(jī)械加工精度有所放寬；但裝配的穩(wěn)定性被有所強(qiáng)化；激光組件裝配完畢后,不用去調(diào)整任何激光組件的安裝位置,只需要測量激光聚焦點(diǎn)的實(shí)際位置,并將所有激光聚焦點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值輸入電子運(yùn)算及驅(qū)動(dòng)的模塊部分中；在激光群掃描完成切片燒結(jié)過程時(shí),電子模塊運(yùn)算每一個(gè)激光聚焦點(diǎn)的坐標(biāo)偏差數(shù)值,安排合理的時(shí)序控制決定每一個(gè)激光器的開關(guān),為了容納激光聚焦點(diǎn)的掃描面積的冗余問題,需要將群掃描的方形面積超過并覆蓋鄰近的4個(gè)理想激光聚焦點(diǎn)連線所圍的4邊形的面積,即相鄰的激光聚焦點(diǎn)的掃描區(qū)域都互有重合；每一個(gè)激光聚焦點(diǎn)根據(jù)切片部位的絕對坐標(biāo)情況；獨(dú)立完成燒結(jié)過程,符合實(shí)際切片的幾何形狀及位置.

標(biāo)定諸激光聚焦點(diǎn)的坐標(biāo)值有2中方式:光觸摸屏直接標(biāo)定式及坐標(biāo)紙燒點(diǎn)再讀取式:以下進(jìn)行分別解釋:

光觸摸屏直接標(biāo)定式是指:在傳統(tǒng)的光學(xué)觸摸系統(tǒng)是在顯示器的兩個(gè)相鄰斜面邊緣放置光敏元件，用于分析系統(tǒng)、確定觸摸動(dòng)作。外來光點(diǎn)照射在該傳感時(shí)，就會(huì)在相應(yīng)光傳感元件處引起光測量值。光傳感的輸出測量值可以用于確定出照射光點(diǎn)的坐標(biāo)。通常控制器是掃描光傳感陣列，因此這項(xiàng)技術(shù)有時(shí)被稱為"掃描IR"。要避免強(qiáng)光直射下的干擾這個(gè)問題，提高光敏的閾值及遮蔽干擾光線也是必要的。

坐標(biāo)紙燒點(diǎn)再讀取式是指:在精細(xì)坐標(biāo)紙上進(jìn)行灼燒出微小的黑點(diǎn),然后再根據(jù)坐標(biāo)紙的坐標(biāo)線,標(biāo)定讀取每一個(gè)微小的黑點(diǎn)的坐標(biāo)值；需要將坐標(biāo)紙放入粉槽中,在燒點(diǎn)過程中精細(xì)坐標(biāo)紙絕對避免被移動(dòng)；紙張的是否放正并無太大的影響；原因在于只需要標(biāo)定諸之間的相對位置坐標(biāo)關(guān)系,鋪粉槽的運(yùn)動(dòng)方向與激光群掃描的掃描方向的垂直度的偏離將影響成型精度；由于群掃描的掃描位移量比振鏡掃描方式的掃描長度小得多,因而垂直度的偏離的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于振鏡掃描方式的情況.

由于本激光束是采用聚焦方式來短程獲得微小光斑的,穩(wěn)定性及一致性遠(yuǎn)超過振鏡掃描方式,改變光斑的直徑十分方便,只需要改變激光器與鋪粉燒結(jié)面的距離既可以.根據(jù)幾何光學(xué)的光路特點(diǎn)可知:聚焦光束在焦點(diǎn)處光斑直徑最小,偏離焦點(diǎn)的距離越大,光斑的直徑越大.

為了滿足不同分辨率的打印需求,因而可以通過群掃描激光組件的垂直方向(也就是Z軸方向)距離,或是單一改變鋪粉槽的垂直方向(也就是Z軸方向)距離,也能獲得同樣的效果.改變燒結(jié)光斑大小后,需要再次進(jìn)行對激光陣列進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定,如果Z軸方向上的改變不大時(shí),可以不用再次進(jìn)行對激光陣列進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定.在機(jī)械系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上是通過位移群掃描激光陣列組件或鋪粉系統(tǒng)來完成.

由于激光群掃描陣列是聚焦型光束,在面向粉末鋪粉槽的方向上,隨著距離的增加,光束群的有效面積越小,給加熱器件的安裝提供了空間位置,用于直接加熱鋪粉槽的粉層表面；因而可以非光束的通道中加入加熱源如:帶孔的面源加熱源,孔是用于穿過激光束的；也可以安裝線狀的線狀熱源構(gòu)件,激光束群穿過其線狀的空隙部位；或者是使用點(diǎn)光源陣列,安裝于相鄰的4個(gè)激光陣列的中心區(qū)域；

為了使鋪粉槽的粉層表面被加熱均勻,可以將上述加熱面陣的光源諸點(diǎn)的以環(huán)狀分群進(jìn)行獨(dú)立控制,環(huán)狀分群的特點(diǎn)是:中心處為1個(gè)獨(dú)立的區(qū)域,由該區(qū)域向外拓展,再分成1—1000個(gè)的獨(dú)立控制區(qū)域.每一個(gè)加熱區(qū)域的熱度控制為使得的溫度均勻一致,誤差僅僅在1度或10度之內(nèi),這是一個(gè)試驗(yàn)參數(shù),與粉缸的周圍供熱條件有關(guān),不管的如何；在上述固定在激光群掃描陣列前面加熱源全部關(guān)閉時(shí),4壁或5壁供熱的粉缸的表面溫度場分布一定是接近于中心對成狀的；額外對低溫區(qū)域的環(huán)狀部位使用較高的加熱功率,而較冷的環(huán)狀部位使用較低的加熱功率,能使得溫度場控制在合理的均勻度.加熱源安裝于激光陣列組件接近粉缸或液缸的一面,穿插于激光群的空隙地帶,不遮擋激光束；并進(jìn)行環(huán)狀分群,每一個(gè)環(huán)狀區(qū)域的加熱能量獨(dú)立控制.

[附圖說明]

(1)激光器單元

(2)激光光束

(3)激光器支架

(4)回?cái)[軸線

(5)往復(fù)平移方向

(6)直線電機(jī)位移柱

(7)直線電機(jī)

(8)直線電機(jī)

(9)直線電機(jī)固定支架

(10)扭力電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸

(11)扭力電機(jī)

(12)扭力電機(jī)固定支架

(13)粉末缸殼體

(14)成型粉末缸

(15)供料粉末缸

(16)鋪粉輥

(20)掃描移動(dòng)中的激光點(diǎn)

(21)掃描線

(22)微掃描區(qū)域

(23)激光點(diǎn)

(24)橫往復(fù)位移值A(chǔ)

(25)縱往復(fù)位移值B

(29)振幅寬度

(30)光點(diǎn)區(qū)域單元

(31)光點(diǎn)區(qū)域單元

(32)光點(diǎn)區(qū)域單元

(33)位移方向

(34)位移方向

(35)位移方向

(36)正向等位移錯(cuò)動(dòng)值

(37)反向等位移錯(cuò)動(dòng)值

(40)LED透鏡

(41)激光芯片

(42)聚焦激光束

(43)激光芯片電極引線

(44)輻射加熱源支架

(45)輻射加熱源

(46)輻射加熱源陣列移出圖

(47)激光及熱源結(jié)構(gòu)體

(48)激光束焦點(diǎn)

[實(shí)施案例]

以下結(jié)合附圖就較佳實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1 激光群掃描方法示意圖。

圖2 群掃描激光選擇性逐層燒結(jié)3D成型機(jī)主體構(gòu)造示意圖。

圖3 多區(qū)域動(dòng)平衡群掃描法示意圖。

圖4 在群掃描組件局部及所安裝的輻射加熱源示意圖

如圖1所示：

激光群掃描位移方法：使用多個(gè)獨(dú)立激光器所投射的激光點(diǎn)(23)排成陣列(圖中是8x10的陣列)，陣列的橫向間距為A，陣列的縱向間距為B；掃描時(shí)橫向振幅約等于橫往復(fù)位移值A(chǔ)(24)，縱向振幅約等于縱往復(fù)位移值B(25)；實(shí)際振幅應(yīng)該是間距減去光點(diǎn)直徑；構(gòu)成掃描移動(dòng)中的激光點(diǎn)(20)，形成眾多(80個(gè))微掃描區(qū)域(22)；各掃描區(qū)的掃描線(21)將同步生成。

當(dāng)激光光點(diǎn)的移動(dòng)范圍(振幅)，分別等于行及列方向的光點(diǎn)間距時(shí)，且當(dāng)行的掃描頻率遠(yuǎn)大于列的掃描頻率情況下，此乃逐行掃描狀態(tài)，光電會(huì)覆蓋所有區(qū)域。

如圖2所示：

群掃描激光選擇性逐層燒結(jié)3D成型機(jī)主體構(gòu)造的核心工藝裝置由供料粉末缸(15)和成型粉末缸(14)組成,工作時(shí)供料粉末缸(15)底部的(送粉活塞)上升,再由鋪粉輥(16)將粉末在成型粉末缸(14)表面上均勻鋪上一層(在上一次完成燒結(jié)后，成型粉末缸活塞(工作活塞)會(huì)預(yù)先下降1層的高度，為接下來的鋪粉留出空間)。

激光束的群掃描是：由固定在直線電機(jī)固定支架(9)上的直線電機(jī)(7)及(8)通過伸縮直線電機(jī)位移柱(6)來使得激光器支架(3)沿著水平(X)方向往復(fù)位移；所以與激光器支架(3)固定在一起的激光器單元(1)陣列也將隨之沿著水平(X)方向往復(fù)位移；另外扭力電機(jī)固定支架(12)剛性固定在一起的扭力電機(jī)(11)的扭力電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)是與直線電機(jī)固定支架(9)剛性連接的，隨著扭力電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)的轉(zhuǎn)動(dòng)與激光器支架(3)固定在一起的激光器單元(1)陣列也將隨之繞Y軸：回?cái)[軸線(4)轉(zhuǎn)動(dòng)；所以激光器單元(1)陣列將同時(shí)參與2種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)激光光束(2)的聚焦點(diǎn)將完成群掃描動(dòng)作。(5)為直線電機(jī)固定支架(9)的往復(fù)平移方向，(13)是2個(gè)粉末缸殼體。

其整機(jī)的其他主要工作過程為：首先，將零件的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件，然后用分層軟件對其進(jìn)行分層處理，即“離散化”過程。在開始加工之前，先對成型室進(jìn)行預(yù)熱。計(jì)算機(jī)即驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)原型的切片模型控制激光束的二維掃描軌跡,有選擇地?zé)Y(jié)固體粉末材料以形成零件的一個(gè)層面.粉末完成一層后,工作活塞下降一個(gè)層厚,鋪粉系統(tǒng)鋪上新粉.控制激光束再掃描燒結(jié)新層.如此循環(huán)往復(fù),層層疊加,直到三維零件成型.最后,將未燒結(jié)的粉末回收到粉末缸中,并取出成型件.對于金屬粉末激光燒結(jié),在燒結(jié)之前,整個(gè)工作臺(tái)被加熱至一定溫度,可減少成型中的熱變形,并利于層與層之間的結(jié)合.最后，經(jīng)打磨、烘干等后處理后，即可制作完成滿足需求的原型或零件。

若成型材料為金屬粉末，還需要控制成型室氣氛，通人氮?dú)狻錃?、氬氣等保護(hù)氣體，以避免金屬粉末在高溫下氧化。

如圖3所示：

將掃描陣列分成3個(gè)區(qū)域，分別是：光點(diǎn)區(qū)域單元(30)、光點(diǎn)區(qū)域單元(31)、不光點(diǎn)區(qū)域單元(32)；安排組件質(zhì)量，使得光點(diǎn)區(qū)域單元(31)的質(zhì)量近似等于光點(diǎn)區(qū)域單元(30)與光點(diǎn)區(qū)域單元(32)之和。

當(dāng)使得光點(diǎn)區(qū)域單元(31)的正向等位移錯(cuò)動(dòng)值(36)近似等于光點(diǎn)區(qū)域單元(30)與光點(diǎn)區(qū)域單元(32)的反向等位移錯(cuò)動(dòng)值(37)時(shí)，且位相(運(yùn)動(dòng)方向)相反時(shí)，平動(dòng)慣量相互抵消，動(dòng)平衡最好。(29)為振幅寬度。

如圖3所示：

LED透鏡(40)可以將激光芯片(41)的激光匯聚成聚焦激光束(42)；(43)是激光芯片電極引線,(48)是激光束焦點(diǎn)；輻射加熱源(45)固定在輻射加熱源支架(44)上,形成激光及熱源結(jié)構(gòu)體(47),(46)是部分輻射加熱源陣列移出圖；與激光源一樣的陣列,排列在激光源點(diǎn)陣的空余地帶。